通过四点弯曲试验,研究了不同再生骨料替代率(0、30%、50%)和混杂纤维掺入比例对钢-PVA混杂纤维再生混凝土梁抗弯性能的影响。结果表明:随着再生骨料替代率的增加,试件的抗弯强度下降了3.1%~28.3%;混掺PVA纤维和钢纤维对试件的抗弯性能有较大程度改善,且混杂纤维的改善效果优于单掺纤维,正混杂效应系数最高可达1.322;混杂纤维的最佳掺量组合为0.5%PVA纤维+1.5%钢纤维。

研究了碳纳米管、钢纤维、碳纳米管+钢纤维对混凝土抗压强度和抗冲击性能的影响。结果表明:掺入碳纳米管和钢纤维均能提高混凝土的抗压强度;单掺钢纤维较单掺碳纳米管对混凝土抗冲击性能的提升效果更大;混掺碳纳米管与钢纤维混凝土的韧性和延性较单掺钢纤维混凝土得到再次提升;复掺1%钢纤维+0.30%碳纳米管对混凝土性能的增强效果最显著。

研究了水胶比和矿物掺合料掺量对超高性能混凝土(UHPC)工作性的影响,分析了砂种类对UHPC力学性能的影响。结果表明:增大水胶比、矿渣粉掺量、粉煤灰掺量均可改善UHPC的工作性,而增大硅灰掺量会降低UHPC的工作性;掺入1%的钢纤维可显著提高UHPC的力学性能;海砂、江砂取代石英砂会使UHPC的抗压强度和抗折强度均有不同程度的降低,机制砂取代石英砂会使UHPC的抗压强度增加、抗折强度降低。

研究了再生骨料替代率、聚丙烯纤维和钢纤维掺量对再生混凝土性能的影响。结果表明:替代率为30%的再生细骨料对混凝土的密度、和易性以及抗压强度无显著的负面影响;一定掺量的纤维对混凝土的工作性无显著影响,但能有效提高再生混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度,改善混凝土的抗裂性和脆性。

根据配筋UHPC梁中钢纤维的分布、体积掺量和受力情况,采用具有加筋特性的Solid65单元进行钢纤维模拟,考虑配筋UHPC梁受力过程分为弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段,建立了钢纤维三折线本构模型。模拟结果与试验值吻合程度较好,表明该模拟方法精度较高。

研究了粉煤灰掺量(15%、20%、25%)、硅粉掺量(0、2%、4%、6%、8%)和钢纤维掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对混凝土工作性、力学性能和断裂性能的影响。结果表明:粉煤灰掺量越大,混凝土的工作性越好,适宜掺量为20%;随着硅粉掺量的增加,混凝土的力学性能先提升后降低,当硅粉掺量为4%时,混凝土的抗压强度最高;钢纤维的掺入使新拌混凝土的工作性降低,但能有效延缓混凝土的受压破坏进程,提高混凝土的弯曲韧性,当钢纤维掺量为1.5%时,混凝土的断裂荷载达到最大。

为配制经济型超高性能混凝土(UHPC),在标准养护制度下,采用机制砂取代石英砂,研究了机制砂细度及其级配对UHPC性能的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)分析其高强机理。结果表明:采用合理级配机制砂可显著提高UHPC试件的工作性及力学性能,并可制备出扩展度为680 mm,28 d最大抗折、抗压强度分别为25.8 MPa、135.6 MPa的机制砂UHPC;机制砂、钢纤维与水泥石基体结合紧密,且钢纤维在水泥石基体中均匀分布,使UHPC试件具有优异的力学性能。

设计了一种基于超高性能混凝土配合比的3D打印材料,研究了3D打印混凝土试件和浇筑试件的抗渗性能和抗冻性能。结果表明,用该配合比配制的3D打印混凝土试件和浇筑试件均具有良好的抗渗性能和抗冻性能,试件均能在1.4 MPa水压力下保持不渗水,300次冻融循环后保持较高的力学性能和相对动弹性模量,且3D打印试件测试结果更好。为增强结构密实度,混凝土原材料添加了钢纤维,通过CT扫描发现,3D打印试件结构更加紧密,内部缺陷较少,受到冻融破坏时能保持较完整的结构。

研究了水胶比、砂胶比、钢纤维掺量、合成粗纤维掺量以及混掺钢纤维和合成粗纤维对超高性能混凝土(UHPC)力学性能的影响。结果表明:水胶比越小、砂胶比越大,UHPC的抗折、抗压强度越高;单掺钢纤维时,UHPC的抗折、抗压强度随钢纤维掺量的增加总体呈增大趋势,钢纤维的最佳掺量为2.0%;单掺合成粗纤维时,UHPC的抗折、抗压强度随合成粗纤维掺量的增加总体呈先增大后减小的趋势,合成粗纤维的最佳掺量为2.0%;混掺钢纤维和合成粗纤维且钢纤维掺量≤2.0%时,合成粗纤维掺量宜≤1.0%。

超高性能混凝土(UHPC)在拥有超高力学性能的同时普遍存在流动性较差的问题。为了寻求二者之间的平衡,首先通过单因素试验分析了石英砂掺量、粉煤灰掺量、减水剂掺量和钢纤维掺量对UHPC流动性及抗压强度的影响,其次利用正交试验得出了各因素对UHPC流动性及抗压强度影响的主次顺序,确定了最优配合比。结果表明:当石英砂掺量为32%(机制砂掺量为68%)、粉煤灰掺量为15%、减水剂掺量为0.39%、钢纤维掺量为2%时,配制出的UHPC工作性和力学性能良好,并成功应用于某高架桥维修加固工程中。